期中复习讲义05 探究小车速度随时间变化的规律-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

期中复习专题05 探究小车速度随时间变化的规律 学习目标 　1.初步学习根据实验要求设计实验，完成某种规律的探究方法。2.会学会应用已学知识处理纸带，总结规律。 ⏳知识梳理 原理装置 操作要求 数据处理 1.不需要平衡摩擦力。 2.悬挂的槽码质量不需要远小于小车质量 1.按原理图安装好实验装置，打点计时器固定在长木板无滑轮的一端。 2.细绳一端拴在小车上，另一端跨过滑轮挂上槽码，纸带穿过打点计时器固定在小车的后面。 3.把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车。 4.增减槽码的质量，按以上步骤再做两次实验 1.选纸带，标出各计数点，测量有关距离。 2.利用公式vn＝ 计算各个计数点对应的速度大小并记录。 3.在直角坐标系中作出v -t图像。小车运动的v -t图像是一条倾斜的直线，可以得出结论：小车的速度随时间均匀变化。 4.由纸带求加速度 (1)逐差法(6段位移) a＝。 (2)图像法：根据v -t图像的斜率求小车的加速度 注意事项 1.平行：细绳、纸带与长木板平行。 2.靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。 3.先后：先接通电源后释放小车，先关闭电源后取下纸带。 4.防撞：在到达长木板末端前让小车停止运动，防止槽码落地、小车与滑轮相撞。 5.适当：悬挂的槽码质量要适当，避免纸带上打出的点太少或过于密集 误差分析 1.使用刻度尺测计数点间的距离时有误差。 2.作v -t图像时出现作图误差。 3.电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同。 4.长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差 ⏳辨别明理 (1)本实验需要先平衡摩擦力。（     ） (2)实验时应该使悬挂的槽码质量远小于小车质量。（     ） (3)电磁打点计时器使用交流电源，电火花计时器使用直流电源。（     ） (4)使用打点计时器时，先接通打点计时器的电源再让纸带运动。（     ） (5)描绘图像时应该用刻度尺标着依次连接所有的点。（     ） 【答案】（1）本实验仅需要测量小车做匀变速直线运动的加速度，只要小车能做匀变速运动即可，不需要合力等于拉力，因此无需平衡摩擦力，故错误； （2）本实验不需要用槽码重力近似代替小车拉力，只要小车做匀加速运动就能通过纸带求加速度，不需要满足槽码质量远小于小车质量的条件，故错误； （3）电磁打点计时器和电火花计时器都属于打点计时仪器，工作电源均为交流电源，故错误； （4）先接通电源让打点计时器稳定工作后再释放纸带，才能在纸带上打出足够多的有效点，充分利用纸带，符合实验操作规范，故正确； （5）描绘图像时，应让尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，偏离过大的异常点直接舍去，不能逐点依次连线，故错误。 ⏳典例精析 典例1．（26-27高一上·海南省直辖县级单位·阶段检测）一个实验小组利用如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 (1)实验室提供如图甲、乙两种打点计时器，乙图是_________（填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”），使用的电源是_________（填“交流8V”或“交流220V”）电源。 (2)关于该实验的操作，下列说法中正确的是___________ A．实验前要先用天平测小车和钩码的质量 B．先释放小车，后接通电源 C．将小车从远离打点计时器的位置由静止释放 D．如果实验时实际工作电源的频率略微偏大，测量加速度与实际加速度相比要偏小 (3)甲小组的同学在用打点计时器研究匀变速直线运动规律的实验中打出的点如图所示，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻计数点间的距离如图所示。已知相邻两计数点间还有4个点未画出，打点计时器所用交变电源的频率为50Hz。 ①计算出打下D点时小车的瞬时速度：_______m/s（保留三位有效数字） ②计算加速度：_______（保留两位有效数字） 【答案】(1) 电火花计时器 交流220V (2)D (3) 0.560 0.80 【详解】（1）乙是电火花打点计时器，使用的电源是交流220V电源。 （2）A．本实验仅探究小车速度随时间的变化规律，不需要测量小车和钩码的质量，故A错误； B．实验规范操作要求先接通电源，待打点稳定后再释放小车，否则纸带前端无点迹、数据利用率低，故B错误； C．为了充分应用纸带，应将小车从靠近打点计时器的位置由静止释放，故C错误； D．如果实验时实际工作电源的频率略微偏大，则实际的周期小，根据可知，计算的周期偏大，则测量加速度与实际加速度相比要偏小，故D正确。 故选D。 （3）①[1]相邻两计数点间的时间间隔为 根据匀变速直线运动瞬时速度和平均速度的关系，可知打下D点时小车的瞬时速度为②[2]根据逐差法可知，小车的加速度为 典例2．（26-27高一上·广东中山·阶段检测）小明同学利用气垫导轨和光电门测滑块加速度。滑块上安装了宽度的遮光片，沿倾斜气垫导轨先后通过两个光电门，计时器记录了遮光片通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间。 (1)滑块通过光电门1时的速度大小________。 (2)小明用刻度尺测出两个光电门距离，则滑块加速度的表达式是________（用已知量的符号表示）。 (3)瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是遮光条通过光电门1和2时的平均速度，要使和的测量值更接近真实值，可将遮光条的宽度适当________（填“增大”或“减小”）。 【答案】(1)0.1 (2) (3)减小 【详解】（1）滑块上安装了宽度的遮光片，遮光片通过第一个光电门的时间，滑块经过光电门1时的速度为 代入数据解得 （2）滑块经过光电门2时的速度为 根据运动学公式 联立可得滑块的加速度表达式为 （3）不考虑测量的相对误差，测得的瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是通过光电门1和2时的平均速度，遮光条的宽度越小，越接近瞬时速度。 故填减小。 核心突破：创新实验 典例1．（26-27高一上·辽宁本溪·阶段检测）光电门是物理实验中用来测量时间的一种常用设备，如图甲所示，S是光源，K是光接收器，当有不透明物体通过光电门时，物体会遮住光源，接收器K接收不到光信号，计时器便开始计时，当物体通过后，接收器K重新接收到光信号，计时结束，即可记录物体通过光电门所用的时间。如图乙所示，某同学用光电门测量小车沿斜面向下匀加速运动的速度大小，小车上安装有遮光板，A、B是安装在斜面上不同位置的两个光电门。 (1)关于本实验，下列说法正确的是（     ） A．遮光板宽度越大，测出的瞬时速度越准确 B．小车通过光电门的瞬时速度，用遮光片通过光电门的平均速度近似代替 C．用光电门测小车的速度大小，所应用的物理方法是极限思维法 D．本实验由于数字计时器的精确度造成的误差属于偶然误差 (2)已知遮光板宽度，让小车从斜面顶端以一定的初速度开始沿斜面向下匀加速运动，两光电门计时器记录的时间分别为，，则小车通过A、B两位置的速度分别为________m/s，________m/s。（结果均保留2位有效数字） (3)若小车通过两光电门之间的时间差，则加速度大小为________。 【答案】(1)BC (2) 1.0 2.5 (3)0.5 【详解】（1）A．遮光片宽度越大，挡光时间越长，平均速度与瞬时速度的差异越大，测出的瞬时速度越不准确，故A错误； B．小车通过光电门时挡光时间极短，用遮光片通过光电门的平均速度近似代替瞬时速度，故B正确； C．用光电门测小车的速度大小，是用极短时间内的平均速度代替瞬时速度，应用的物理方法是极限思维法，故C正确； D．数字计时器的精确度造成的误差属于系统误差，不是偶然误差，故D错误。 故选BC。 （2）[1]遮光片宽度，小车通过位置的速度 代入数据解得 [2]小车通过位置的速度 代入数据解得 （3）小车加速度 代入数据解得 典例2．（26-27高一上·湖南长沙·阶段检测）物理小组用如图所示的实验器材测量重力加速度，器材有底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器、小球释放器和网兜。实验时，小球从竖直杆上某处无初速度释放，两光电门可测量小球从光电门1运动至光电门2的时间，并从标尺上读出两光电门间的距离。保持光电门2的位置不变，改变光电门1的位置，多次实验。已知小球经过光电门2的速度为，不计空气阻力，重力加速度为。 (1)为了减小实验误差，应选用直径较________（选填“大”或“小”）的小球，使小球通过光电门的挡光时间较________（选填“长”或“短”）。 (2)用图像法求，应作________图像（选填“”或者“”）。 (3)若所作图线斜率的绝对值为，则重力加速度________； 【答案】(1) 小 短 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]设小球直径为，通过光电门的挡光时间为。挡光过程中小球运动的距离等于其直径，由平均速度的定义得，在通过同一光电门时，直径越小，挡光时间越短，该时间内速度变化越小，以平均速度近似瞬时速度的误差越小。因此应选用直径较小的小球，使挡光时间较短。 （2）设小球经过光电门1的速度为，取竖直向下为正方向。忽略空气阻力，小球仅受重力作用，在两门间做匀加速直线运动，由速度、位移与时间的关系有， 消去经过光电门1时的速度，得 两边除以两门间的运动时间，得 实验仅改变光电门1的位置，释放位置和光电门2的位置不变，故保持不变。以为横轴、为纵轴，所得图线为直线，其纵截距为，斜率为；而与为二次关系。因此应作图像。 （3）由第（2）问的图像关系可知，图线斜率为，其绝对值为 由斜率绝对值反求，得 学科网（北京）股份有限公司 $ 期中复习专题05 探究小车速度随时间变化的规律 学习目标 　1.初步学习根据实验要求设计实验，完成某种规律的探究方法。2.学会应用已学知识处理纸带，总结规律。 ⏳知识梳理 原理装置 操作要求 数据处理 1. 平衡摩擦力。 2.悬挂的槽码质量 远小于小车质量 1.按原理图安装好实验装置，打点计时器固定在 的一端。 2.细绳一端拴在小车上，另一端跨过滑轮挂上槽码，纸带穿过打点计时器固定在小车的后面。 3.把小车停在 ，先 ，后 。 4.增减槽码的质量，按以上步骤再做两次实验 1.选纸带，标出各计数点，测量有关距离。 2.利用公式vn＝ 计算各个计数点对应的速度大小并记录。 3.在直角坐标系中作出v -t图像。小车运动的v -t图像是一条倾斜的直线，可以得出结论：小车的速度 。 4.由纸带求加速度 (1)逐差法(6段位移) a＝ 。 (2)图像法：根据v -t图像的 求小车的加速度 注意事项 1.平行：细绳、纸带与长木板平行。 2.靠近：小车从 的位置释放。 3.先后：先 后 ，先关闭电源后取下纸带。 4.防撞：在到达长木板末端前让小车停止运动，防止槽码落地、小车与滑轮相撞。 5.适当：悬挂的槽码质量要适当，避免纸带上打出的点太少或过于密集 误差分析 1.使用刻度尺测计数点间的距离时有误差。 2.作v -t图像时出现作图误差。 3.电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同。 4.长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差 ⏳辨别明理 (1)本实验需要先平衡摩擦力。（     ） (2)实验时应该使悬挂的槽码质量远小于小车质量。（     ） (3)电磁打点计时器使用交流电源，电火花计时器使用直流电源。（     ） (4)使用打点计时器时，先接通打点计时器的电源再让纸带运动。（     ） (5)描绘图像时应该用刻度尺标着依次连接所有的点。（     ） ⏳典例精析 典例1．（26-27高一上·海南省直辖县级单位·阶段检测）一个实验小组利用如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 (1)实验室提供如图甲、乙两种打点计时器，乙图是_________（填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”），使用的电源是_________（填“交流8V”或“交流220V”）电源。 (2)关于该实验的操作，下列说法中正确的是___________ A．实验前要先用天平测小车和钩码的质量 B．先释放小车，后接通电源 C．将小车从远离打点计时器的位置由静止释放 D．如果实验时实际工作电源的频率略微偏大，测量加速度与实际加速度相比要偏小 (3)甲小组的同学在用打点计时器研究匀变速直线运动规律的实验中打出的点如图所示，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻计数点间的距离如图所示。已知相邻两计数点间还有4个点未画出，打点计时器所用交变电源的频率为50Hz。 ①计算出打下D点时小车的瞬时速度：_______m/s（保留三位有效数字） ②计算加速度：_______（保留两位有效数字） 典例2．（26-27高一上·广东中山·阶段检测）小明同学利用气垫导轨和光电门测滑块加速度。滑块上安装了宽度的遮光片，沿倾斜气垫导轨先后通过两个光电门，计时器记录了遮光片通过第一个光电门的时间，通过第二个光电门的时间。 (1)滑块通过光电门1时的速度大小________。 (2)小明用刻度尺测出两个光电门距离，则滑块加速度的表达式是________（用已知量的符号表示）。 (3)瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是遮光条通过光电门1和2时的平均速度，要使和的测量值更接近真实值，可将遮光条的宽度适当________（填“增大”或“减小”）。 核心突破：创新实验 典例1．（26-27高一上·辽宁本溪·阶段检测）光电门是物理实验中用来测量时间的一种常用设备，如图甲所示，S是光源，K是光接收器，当有不透明物体通过光电门时，物体会遮住光源，接收器K接收不到光信号，计时器便开始计时，当物体通过后，接收器K重新接收到光信号，计时结束，即可记录物体通过光电门所用的时间。如图乙所示，某同学用光电门测量小车沿斜面向下匀加速运动的速度大小，小车上安装有遮光板，A、B是安装在斜面上不同位置的两个光电门。 (1)关于本实验，下列说法正确的是（     ） A．遮光板宽度越大，测出的瞬时速度越准确 B．小车通过光电门的瞬时速度，用遮光片通过光电门的平均速度近似代替 C．用光电门测小车的速度大小，所应用的物理方法是极限思维法 D．本实验由于数字计时器的精确度造成的误差属于偶然误差 (2)已知遮光板宽度，让小车从斜面顶端以一定的初速度开始沿斜面向下匀加速运动，两光电门计时器记录的时间分别为，，则小车通过A、B两位置的速度分别为________m/s，________m/s。（结果均保留2位有效数字） (3)若小车通过两光电门之间的时间差，则加速度大小为________。 典例2．（26-27高一上·湖南长沙·阶段检测）物理小组用如图所示的实验器材测量重力加速度，器材有底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器、小球释放器和网兜。实验时，小球从竖直杆上某处无初速度释放，两光电门可测量小球从光电门1运动至光电门2的时间，并从标尺上读出两光电门间的距离。保持光电门2的位置不变，改变光电门1的位置，多次实验。已知小球经过光电门2的速度为，不计空气阻力，重力加速度为。 (1)为了减小实验误差，应选用直径较________（选填“大”或“小”）的小球，使小球通过光电门的挡光时间较________（选填“长”或“短”）。 (2)用图像法求，应作________图像（选填“”或者“”）。 (3)若所作图线斜率的绝对值为，则重力加速度________； 学科网（北京）股份有限公司 $